湖南2022/2023年夏秋冬季持续极端干旱事件特征及成因分析

doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2023)-06-0910

湖南2022/2023年夏秋冬季持续极端干旱事件特征及成因分析

谢傲^,¹^,², 罗伯良^,¹^,², 邓剑波¹^,², 高霞霞¹^,²

1.湖南省气象科学研究所，湖南长沙 410118

2.气象防灾减灾湖南省重点实验室，湖南长沙 410118

Characteristics and cause analysis of extreme and persistent drought in summer, autumn and winter in 2022/2023 in Hunan Province

XIE Ao^,¹^,², LUO Boliang^,¹^,², DENG Jianbo¹^,², GAO Xiaxia¹^,²

1. Institute of Meteorological Science of Hunan Province， Changsha 410118， China

2. Key Laboratory of Preventing and Reducing Meteorological Disaster of Hunan Province， Changsha 410118， China

通讯作者: 罗伯良（1965—），男，正高级工程师，主要从事气候诊断与预测。E-mail：luobailiang@163.com。

责任编辑: 王涓力；校对：黄小燕

收稿日期: 2023-07-14 修回日期: 2023-09-28

基金资助:

湖南省自然科学基金重大专项(2021JC0009)
湖南省自然科学基金项目(2023JJ60542)

Received: 2023-07-14 Revised: 2023-09-28

作者简介 About authors

谢傲（1990—），女，工程师，主要从事气候诊断与预测。E-mail：xieao0209@163.com。

摘要

湖南是干旱灾害多发区，针对湖南地区开展干旱事件特征与成因分析，对于提高湖南干旱灾害的监测预测水平、减少灾害损失具有重要现实意义。基于地面观测站日降水数据和再分析资料，分析2022/2023年夏秋冬季湖南发生的持续极端干旱事件特征和成因。结果表明，这次湖南夏、秋、冬三季连旱具有降水显著偏少（全省平均累积降水量为1961年以来历史同期最少）、持续时间长（历时201 d）的特点，同时2022年夏季还伴随罕见的长江全流域性极端高温热浪，湖南平均气温、高温天数等多项指标均达到1961年以来历史同期极值，给湖南工农业生产和人民生活带来严重影响。本次夏秋冬持续干旱事件与海温和环流异常密切相关，前期春季拉尼娜事件和印度洋偶极子负位相模态导致沃克环流增强，西太平洋副热带高压（简称“西太副高”）加强西伸和北抬。2022年8—11月西太副高西伸至105°E，湖南地区受其控制，盛行下沉气流，导致湖南夏秋干旱发展；12月至2023年2月上旬，西太副高相比历年同期偏弱，东亚大槽增强，且位置在湖南以东，难以引导冷空气南下影响湖南，印缅槽偏弱，不利于槽前西南气流发展，湖南地区水汽输送受阻，导致冬季湖南干旱持续。

关键词： 夏秋冬三季连旱; 湖南; 干旱成因; 大气环流

Abstract

Hunan is a region prone to drought disasters. Conducting an analysis of the characteristics and causes of drought events is of great practical significance for improving the monitoring and prediction level of drought disasters in Hunan and reducing disaster losses. Based on daily precipitation data from ground observation stations and reanalysis data, the characteristics and causes of persistent extreme drought events that occurred in Hunan in the summer, autumn and winter of 2022/2023 are analyzed. The results indicate that the continuous drought in the summer, autumn and winter of 2022/2023 in Hunan has the characteristics of significantly less precipitation (The average accumulated precipitation in the whole province was the least in the same period since 1961) and a long duration (201 days). And in the summer of 2022, there was also a rare extremely high temperature heatwave throughout the entire Yangtze River basin, with multiple indicators such as average temperature and high temperature days in Hunan reaching historical extremes since 1961, which had a serious impact on industrial and agricultural production and people’s lives in Hunan. The ongoing drought event in summer, autumn and winter is closely related to sea surface temperature and circulation anomalies. In the early spring, the La Niña event and the negative phase mode of the Indian Ocean dipole led to the enhancement of the Walker circulation, and the west Pacific subtropical high (referred to as the “WPSH”) strengthened and extended westward and uplifted northward. From August to November 2022, the WPSH extended westward to 105°E, and the Hunan region was controlled by it, the prevailing downdraft led to the development of drought in summer and autumn in Hunan. From December 2022 to early February 2023, the WPSH was weaker compared to the same period in previous years, and the East Asian trough was strengthened and its location was east of Hunan, making it difficult to guide cold air southward to affect Hunan. The Indian-Myanmar trough was weaker, which was not conducive to the development of southwest airflow in front of the trough. The water vapor transport over Hunan region was hindered, leading to sustained drought in winter in Hunan.

Keywords： persistent drought in summer; autumn and winter; Hunan; drought causes; atmospheric circulation

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本文引用格式

谢傲, 罗伯良, 邓剑波, 高霞霞. 湖南2022/2023年夏秋冬季持续极端干旱事件特征及成因分析[J]. 干旱气象, 2023, 41(6): 910-922 DOI:10.11755/j.issn.1006-7639(2023)-06-0910

XIE Ao, LUO Boliang, DENG Jianbo, GAO Xiaxia. Characteristics and cause analysis of extreme and persistent drought in summer, autumn and winter in 2022/2023 in Hunan Province[J]. Arid Meteorology, 2023, 41(6): 910-922 DOI:10.11755/j.issn.1006-7639(2023)-06-0910

引言

湖南位于长江中下游地区，属于亚热带季风气候，东南西三面环山，地形地貌复杂，是干旱多发地区，每年都有可能发生干旱，只是不同年份干旱起止时间、范围和严重程度差异较大。如2013年的极端高温干旱造成全省122个县（市、区）受灾，农作物受灾面积2 075.8×10³ hm²，绝收面积424.7×10³ hm²，直接经济损失170.2亿元（中国气象局，2014）。在全球变暖背景下，中国区域干旱呈明显加剧趋势（Dai，2013；韩兰英等，2019；马鹏里等，2019；张强等，2020），湖南省干旱亦呈相同变化趋势，特别是2000年以来，虽干旱频次有所减少，但干旱严重程度增加，特大干旱发生频率从约7 a一次缩短为约3 a一次（白超海，2010），干旱持续时间延长，有从夏秋为主向全年发展的趋势（汪文萍，2003；张超和罗伯良，2021）。2022年夏季开始至冬季，湖南发生一次特大持续干旱，过程持续201 d（2022年7月24日至2023年2月9日），农作物受灾面积474.4×10³ hm²，成灾面积213.3×10³ hm²，绝收面积38.8×10³ hm²，直接经济损失达17.3亿元（杨诗君和易知之，2023）。

西太平洋副热带高压（简称“西太副高”）的季节性变化、东西振荡以及北进南退是影响我国东部季风区发生干旱的主要原因之一（冷春香，2003；吕星玥等，2019；殷田园等，2019；薛亮等，2023；章大全等，2023）。一般雨季结束后，湖南受西太副高控制，降水持续偏少，加之江河来水不断减少，易导致夏秋季节性干旱（罗伯良等，2010；张剑明等，2018）。彭莉莉等（2015）指出，西太副高异常偏西偏强是引起2013年湖南夏季高温干旱的主要原因，并分析了南亚高压、西风急流异常对西太副高的影响。除大气环流因子外，海温异常（Sea Surface Temperature Anomaly， SSTA）等外强迫因子也是影响湖南气候的重要因素，太平洋海温异常会导致西太副高和东亚大气环流异常，从而影响湖南夏季降水（谢傲和罗伯良，2020）。

以往很多研究主要针对湖南夏季干旱（张剑明等，2011；张剑明等，2013；罗伯良和李易芝，2014；王婷等，2016），对湖南夏秋冬持续干旱的发生及成因探究较少。本文回顾了湖南省2022/2023年夏秋冬季湖南地区的极端持续干旱事件，通过对大气环流演变特征以及海温外强迫因子异常对降水的影响分析，揭示这次夏秋冬持续干旱特征及成因，以期为湖南夏秋冬持续降水异常预测提供参考依据。

1 资料和方法

1961—2022年及2023年1—2月湖南省97个地面观测站日降水量、日平均气温和最高气温资料来自中国气象局国家气象信息中心；大气再分析资料来自美国国家环境预测中心/美国国家大气研究中心（National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research， NCEP/NCAR），垂直方向17层，水平分辨率2.5°×2.5°（Kalnay et al.，1996）；海温数据来自美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration， NOAA）扩展重建海面温度（Extended Reconstructed Sea Surface Temperatures Version 5， ERSSTv5）数据集（Reynolds et al.，2002；Huang et al.，2017）；西太副高各项指数及Niño3.4指数均来自国家气候中心。大气再分析数据和海温数据时间段为1981—2023年，采用1981—2021/2022年均值作为分析大气环流和海温异常时的气候平均态。文中附图涉及地图行政边界均基于湖南省地理信息公共服务平台标准地图服务网站下载的审图号为湘S（2023）100号的标准地图制作，底图无修改。

采用标准化降水指数（Standardized Precipitation Index， SPI）确定站点干旱等级，该指数假设某时段内降水量服从Γ概率分布，在计算出降水量的Γ概率分布后，再进行正态标准化处理，公式（Mckee et al.，1993）如下：

（1）

S P I = \{\begin{matrix} - (t - \frac{c_{0} + c_{1} t + c_{2} t^{2}}{1 + d_{1} t + d_{2} t^{2} + d_{3} t^{3}}), 0 < H (x) \leq 0.5 \\ (t - \frac{c_{0} + c_{1} t + c_{2} t^{2}}{1 + d_{1} t + d_{2} t^{2} + d_{3} t^{3}}), 0.5 < H (x) \leq 1.0 \end{matrix}

式中： $H (x)$ 为降水量累积分布函数；当 $0 < H (x) \leq 0.5$ 时， $t = \sqrt[]{l n \frac{1}{{|H (x)|}^{2}}}$ ，当 $0.5 < H (x) \leq 1.0$ 时， $t = \sqrt[]{l n \frac{1}{{|1.0 - H (x)|}^{2}}}$ ；c₀、c₁、c₂和d₀、d₁、d₂为参数（Abramowitz and Stegun，1964）。

气象干旱等级划分标准（国家气候中心等，2017）见表1。根据湖南省干旱特征，定义夏秋冬连旱标准：若夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月至次年2月）湖南平均降水量较常年同期均偏少5%，就定义为一次夏秋冬连旱。若湖南某日10个或以上相邻国家站日最高气温大于等于35 ℃时，则确定该日为区域性高温日。

表1 基于SPI的气象干旱等级划分

Tab.1 Classification of meteorological drought grade based on SPI

干旱等级	干旱类型	SPI
1	无旱	-0.5<SPI
2	轻旱	-1.0<SPI≤-0.5
3	中旱	-1.5<SPI≤-1.0
4	重旱	-2.0<SPI≤-1.5
5	特旱	SPI≤-2.0

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2 2022/2023年湖南夏秋冬气候异常特征

2.1 降水特征

图1为1961—2022/2023年湖南省夏秋冬及夏、秋、冬季平均降水序列。可以看出，近63 a来湖南共发生夏秋冬连旱12次。其中1960、1970年代各出现3次，1980、2000、2010年代以来各出现2次。1980年代以来，湖南夏秋冬连旱出现频率有下降趋势，但2022—2023年湖南省发生大范围、高强度、长历时的夏秋冬连旱，三季平均降水量619.9 mm，较常年同期（949.2 mm）偏少34.7%，为1961年以来历史同期最少[图1（a）]。其中2022年夏季平均降水量389.6 mm，较常年同期（506.6 mm）偏少23.1%[图1（b）]，除湘南的永州、郴州南部较常年同期偏多，其余地区均较常年偏少[图2（a）]；秋季平均降水量102.5 mm，较常年同期（246.9 mm）偏少58.4%，居1961年以来历史同期第3低位[图1（c）]，全省大部分地区较常年同期偏少40%以上，其中湘西南的怀化、邵阳地区降水较常年同期偏少80%以上[图2（b）]；冬季全省平均降水量127.8 mm，较常年同期（195.7 mm）偏少34.7%[图1（d）]，全省大部分地区较常年同期偏少20%以上，湘西南的怀化、邵阳地区到湘东北的岳阳一带较常年同期偏少40%以上[图2（c）]。总体而言，秋季降水较常年同期偏少相对夏季和冬季更多，湘西南降水偏少程度较高，湘南地区偏少程度相对要低一些。

图1

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图1 1961—2022/2023年夏秋冬季（a）与夏（b）、秋（c）、冬（d）季湖南平均降水量序列

Fig.1 Time series of average precipitation from summer to winter （a） and in summer （b）， autumn （c） and winter（d）in Hunan during 1961-2022/2023

图2

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图2 2022年夏季（a）、秋季（b）和2022/2023年冬季（c）湖南降水量距平百分率空间分布（单位：%）

Fig.2 Distribution of precipitation anomaly percentage in summer （a）， autumn of 2022 （b） and in winter from 2022 to 2023 （c）（Unit： %）

2.2 干旱演变特征

与帕默尔干旱指数（Palmer Drought Severity Index，PDSI）等其他表征干旱的指数相比，SPI很好地捕捉了干旱的多尺度特征（Wells et al.，2004）。图3为2022年6月1日至2023年2月28日基于SPI划分的湖南不同等级干旱站数逐日变化。可以看出，2022年6月1日至7月23日，湖南基本没有中旱以上站点；7月24日开始，湖南中旱以上干旱站点迅速增多，10月20日中旱以上站点数达到高峰，共77站，占总站数（97站）的79.4%，其中中旱25站、重旱23站、特旱29站，重到特旱站点数占比53.6%，一直到11月16日每天中旱以上站点数都在50站以上，之后中旱以上站点开始减少，到11月30日下降到4站，夏秋干旱有所缓解。12月6日开始中旱以上站点数又迅速增多，冬季干旱开始发展，27日干旱站数达到峰值（78站），占总站数的80.4%，其中中旱3站、重旱40站、特旱35站，重到特旱站数占比高达77.3%；27日之后干旱站数有所下降，到2023年1月15日中旱以上站点数下降到20站，之后又逐步增加，直至2月7日，中旱以上站点数迅速减少，到2月9日，重、特旱基本消失，干旱缓解。

图3

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图3 2022年6月1日至2023年2月28日湖南轻旱、中旱、重旱、特旱站数变化

Fig.3 Evolution of station numbers with light， moderate， severe and extreme drought in Hunan from June 1， 2022 to February 28， 2023

综上所述，根据2022年6月至2023年2月的降水异常和干旱演变特征，可以将2022/2023湖南夏秋冬干旱发展历程大致分为两个阶段：第一阶段为2022年7月24日至11月30日，省内大部分时段以高温少雨天气为主，夏秋干旱持续发展，重到特旱站数占比最高达53.6%；第二阶段为2022年12月6日至2023年2月9日，冬季干旱发展，重到特旱站数占比最高达77.3%。

2.3 2022年盛夏气温异常特征

2022年夏季发生了罕见的长江全流域性极端高温热浪，是1961年以来长江流域综合强度最强的高温过程（李忆平等，2022；张强，2022；Ma and Yuan，2023）。从图4看，湖南地区的高温过程可以分为3个阶段：（1）6月23日湖南开始出现大范围高温过程，至7月2日第一轮高温过程结束，持续10 d，其中6月25日高温站数最多（50站），但本轮过程没有出现40 ℃以上高温；（2）7月9—16日出现第二轮高温过程，持续8 d，影响范围增大，每天35 ℃以上高温70站以上，也没有出现40 ℃以上高温；（3）第三轮高温过程自7月20日开始，持续41 d（7月20日至8月29日），其中7月25日开始出现40 ℃以上高温天气，8月18日40 ℃以上高温站数达最高32站，占比33.0%。2022年夏季湖南平均气温达29.0 ℃，较常年同期偏高2.0 ℃，为1961年以来历史同期最高[图5（a）]；区域性高温日数45 d，较常年同期偏多24 d，为1961年以来历史同期最多[图5（b）]。从空间分布看，全省大部地区平均气温较常年同期偏高2~3 ℃，其中长沙、娄底等地偏高4 ℃以上[图5（c）]；全省大部分地区高温日数较常年偏多10.0 d以上，其中湘西、怀化、娄底、邵阳、永州北部等地高温日数较常年偏多25.0 d以上[图5（d）]。高温过程覆盖面积广，持续时间长，蒸发增大，导致土壤水分减少，进一步加剧了湖南地区的干旱。

图4

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图4 2022年6月1日至8月31日湖南日最高气温达35 ℃和40 ℃以上站数变化

Fig.4 Variation of station numbers with daily maximum temperature of 35 ℃ and 40 ℃ above in Hunan from June 1 to August 31，2022

图5

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图5 1961—2022年6—8月湖南平均气温（a）与区域性高温日数（b）序列及2022年6—8月气温距平（c，单位：℃）和区域性高温日数距平（d，单位：d）分布

Fig.5 Time series of average air temperature （a） and regional high temperature days （b） from June to August during 1961-2022，and spatial distributions of temperature anomaly （c， Unit： ℃） and regional high temperature days anomaly （d， Unit： d） in Hunan from June to August 2022

3 大气环流异常特征

西太副高是造成湖南地区旱涝的主要天气系统之一（罗伯良等，2010；彭莉莉等，2015；张剑明等，2018）。表2列出2022年6月至2023年2月西太副高逐月特征指数距平值。2022年6—11月，西太副高都比往年同期面积偏大、强度偏强、脊线和北界指数偏北、西伸脊点偏西。其中8月西太副高强度指数为1981年以来同期最强，面积指数位居1981年以来第二。2022年12月至2023年2月，西太副高与往年同期相比，面积偏小、强度偏弱、西伸脊点偏东、北界指数略偏南，脊线指数12月偏南、2023年1—2月略偏北。

表2 2022年6月至2023年2月西太副高逐月特征指数距平值

Tab.2 Monthly characteristic index anomalies of western Pacific subtropical high from June 2022 to February 2023

月份	面积指数	强度指数	脊线指数/°N	北界指数/°N	西伸脊点/°E
2022年6月	2.0	59.0	0.3	0.2	-3.8
2022年7月	7.3	190.5	0.1	0.1	-19.1
2022年8月	10.7	333.9	0.2	2.2	-42.9
2022年9月	4.8	73.5	5.0	3.6	-38.1
2022年10月	4.7	107.7	1.2	0.7	-34.0
2022年11月	5.0	94.3	0.6	0.7	-29.0
2022年12月	-0.3	-15.8	-1.4	-2.9	17.3
2023年1月	-0.8	-22.9	2.0	-0.1	16.4
2023年2月	-0.2	-5.1	3.0	-0.3	15.1

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根据2022年6月至2023年2月的降水异常和干旱演变特征，将2022/2023夏秋冬环流异常分为3个时段：2022年6—7月为多雨形势，湖南干旱还未发展；8—11月，夏秋干旱持续发展；12月至2023年2月上旬，冬季干旱发展。

2022年6—7月从500 hPa位势高度场[图6（a）]可以看出，低纬地区西太副高比历年同期强度偏强、面积偏大，5 880 gpm线西伸至120°E附近，湖南位于西太副高西北侧；欧亚大陆中高纬地区为“两脊一槽”形势，乌拉尔山以西为高压脊，位势高度为正异常，乌拉尔山至贝加尔湖西侧为低压槽，有一个负异常中心，贝加尔湖至鄂霍次克海上空为高压脊，鄂霍次克海上空有突破极值的正异常，其他地区基本没有突破极值的异常，整体环流形势接近常年。从850 hPa风场和垂直速度场[图6（b）]来看，孟加拉湾以北地区为异常气旋式环流，有一个异常上升运动中心，湖南位于异常气旋式环流东侧边缘，受到异常上升运动影响。来自南海和孟加拉湾的西南水汽输送到湖南，湖南有水汽通量辐合[图6（c）]，有利于降水产生，这一阶段湖南基本没有发生干旱。

图6

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图6 2022年6—7月500 hPa高度场（黑色等值线）及距平（填色，单位：gpm）（a），850 hPa风场距平（箭矢，单位：m·s^-1）及垂直速度（填色，单位：10^-2 Pa·s^-1）（b），整层积分水汽通量（矢量，单位：kg·m^-1·s^-1）和水汽通量散度距平（填色，单位：10^-7 kg·m^-2·s^-1）（c）

（红色等值线为气候态，打点区域表示异常值突破1981年以来极值。下同）

Fig.6 The 500 hPa geopotential height （black contours） and anomaly （color shaded， Unit： gpm）（a）， the anomaly of 850 hPa horizontal wind （arrow vectors， Unit： m·s^-1） and vertical wind speed （color shaded， Unit： 10^-2 Pa·s^-1）（b）， and vertically integrated water vapor flux （vectors， Unit： kg·m^-1·s^-1） and water vapor flux divergence anomaly （color shaded， Unit： 10^-7 kg·m^-2·s^-1）（c） from June to July 2022

（The red contours are climate state， the dotted area indicates that the anomaly exceeded the extreme value since 1981. the same as below）

2022年8—11月，从500 hPa位势高度及距平场[图7（a）]可以看出，西太副高比历年同期仍然强度偏强、面积偏大，5 880 gpm线西伸至105°E附近，湖南处于副高控制之下；欧亚中高纬地区呈现“一脊一槽”形势，乌拉尔山西部位势高度持续正异常，正距平超过40 gpm，突破1981年以来极值，说明乌拉尔山高压脊发展强盛，乌拉尔山以东的负距平中心向西北移动并进一步增大，且扩展到我国东部地区，也突破1981年以来极值，表明贝加尔湖槽进一步加深；湖南北部出现正异常中心，且异常值突破1981年以来极值，不利于冷空气南下；鄂霍茨克海以东地区也有突破极值的正异常，东亚大槽偏弱。整体而言，中高纬槽脊活动加强，环流异常程度加深，但位置偏北，有利于北方降水的产生而不利于湖南降水。850 hPa湖南地区由6—7月的上升运动异常转变为下沉运动异常，受偏北风异常控制，同时湖南以南地区东风异常抑制了孟加拉湾和南海的水汽输送[图7（b）]，湖南地区由6—7月的水汽通量辐合转变为水汽通量辐散[图7（c）]，不利于降水产生，导致湖南夏秋干旱发展。

图7

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图7 2022年8—11月500 hPa高度场（黑色等值线）及距平（填色，单位：gpm）（a），850 hPa风场距平（箭矢，单位：m·s^-1）及垂直速度（填色，单位：10^-2 Pa·s^-1）（b），整层积分水汽通量（矢量，单位：kg·m^-1·s^-1）和水汽通量散度距平（填色，单位：10^-7 kg·m^-2·s^-1）（c）

Fig.7 The 500 hPa geopotential height （black contours） and anomaly （color shaded， Unit： gpm）（a）， the anomaly of 850 hPa wind field （arrow vectors， Unit： m·s^-1） and vertical wind speed （color shaded， Unit： 10^-2 Pa·s^-1 ）（b）， and vertically integrated water vapor flux （vectors， Unit： kg·m^-1·s^-1） and water vapor flux divergence anomaly （color shaded， Unit： 10^-7 kg·m^-2·s^-1）（c） from August to November 2022

2022年12月至2023年2月上旬500 hPa位势高度场上，低纬度西太副高比历年同期偏弱，印缅地区为正距平中心，印缅槽偏弱，不利于槽前西南气流发展；欧亚中高纬地区“一脊一槽”形势持续发展，乌拉尔山西部地区位势高度正异常进一步加深，中国东北地区至东西伯利亚地区受低压系统控制，负异常值突破1981年以来极值且扩展到北太平洋地区，东亚大槽相比历年同期强度较强，导致东亚冬季风加强，加上东亚大槽位置在湖南以东，难以引导冷空气南下影响湖南[图8（a）]。850 hPa湖南地区位于异常下沉运动边缘，受偏北风异常控制，菲律宾地区为气旋性异常环流[图8（b）]，阻挡了孟加拉湾、南海的西南水汽向湖南输送，湖南地区持续为水汽通量辐散区[图8（c）]，导致冬季干旱持续发展。

图8

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图8 2022年12月至2023年2月上旬500 hPa高度场（黑色等值线）及距平（填色，单位：gpm）（a），850 hPa风场距平（箭矢，单位：m·s^-1）及垂直速度（填色，单位：10^-2Pa·s^-1）（b），整层积分水汽通量（矢量，单位：kg·m^-1·s^-1）和水汽通量散度距平（填色，单位：10^-7kg·m^-2·s^-1）（c）

Fig.8 The 500 hPa geopotential height （black contours） and anomaly （color shaded， Unit： gpm）（a）， the anomaly of 850 hPa wind field （arrow vectors， Unit： m·s^-1） and vertical velocity （color shaded， Unit： 10^-2 Pa·s^-1 ）（b）， and vertically integrated water vapor flux （vectors， Unit： kg·m^-1·s^-1） and water vapor flux divergence anomaly （color shaded， Unit： 10^-7 kg·m^-2·s^-1）（c） from December 2022 to the first ten-day period of February 2023

综上所述，2022年6—7月，西太副高强度偏强，位置偏西，湖南地区处于西太副高西北侧，受异常上升运动影响，有利于降水产生，干旱没有发展；8—11月，西太副高强度继续偏强，位置偏西，同时东亚大槽偏弱，湖南地区处于稳定的西太副高控制下，盛行下沉气流，晴热少雨，导致湖南夏秋干旱发展；12月至2023年2月上旬，西太副高相比历年同期偏弱，印缅槽偏弱，不利于槽前西南气流发展，东亚大槽增强，位置在湖南以东，难以引导冷空气南下影响湖南，湖南地区水汽输送仍然受阻，导致冬季干旱持续。

4 海温异常特征

前期海温异常和热力强迫是影响湖南地区降水的重要因素。从2022年春季海温异常分布[图9（a）]可知，赤道中太平洋和东太平洋的SSTA为负值，赤道西太平洋到北太平洋地区的SSTA 为正值，且北太平洋地区和澳大利亚东北海域的SSTA突破1981年以来极值；西印度洋海温为负异常，东印度洋为正异常，对应印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole，IOD）负位相模态。而刘宣飞等（2008）指出，IOD对华南地区的夏季降水有显著影响，IOD负位相年，该地区降水偏少。另外，从1981—2021/2022年前期春季北半球SST与湖南夏秋冬季降水总量的相关系数分布[图9（a）]也可以看到，赤道中、东太平洋地区春季SST与湖南夏秋冬季降水呈正相关，赤道西太平洋和北太平洋地区的春季SST与湖南夏秋冬季降水呈负相关，且均通过α=0.05的显著性检验。因此，前期春季赤道中、东太平洋SST为负异常和赤道西太平洋到北太平洋地区SST为正异常时，湖南夏秋冬季降水偏少。从2022年夏季前期的太平洋海温来看，2021年8月开始Niño3.4指数一直持续在-0.5 ℃以下，2022年春季不仅没有衰减反而再次发展加强[图9（b）]，表明此时段处于拉尼娜阶段。因此，前期拉尼娜事件也可能是导致长江流域夏季高温干旱的原因之一（马柱国，2007；裴文涛等，2019；外力·吾甫尔等，2020）。

图9

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图9 1981—2021/2022年湖南夏秋冬季总降水量和前期春季北半球SST的相关系数（等值线，仅显示通过α=0.10显著性检验的等值线）及2022年春季SSTA（填色，单位：℃）分布（a），2021年1月至2022年7月Niño3.4指数的时间演变（b）

Fig.9 Correlation coefficient between the total precipitation in summer，autumn and winter in Hunan and SST in the Northern Hemisphere in early spring from 1981 to 2021/2022 （contours， only displaying contour lines that pass the significance test at α=0.10） and SSTA in spring of 2022 （color shaded， Unit： ℃）（a）， and temporal evolution of Niño3.4 index from January 2021 to July 2022 （b）

2022年8月至2023年2月，赤道太平洋和北太平洋的大气射出长波辐射（Outgoing Longwave Radiation， OLR）距平为正值，对流活动不活跃，印度洋东北部到副热带太平洋地区的OLR距平为负值，对流运动活跃，异常值突破1981年以来极值（图10）。由1981—2021/2022年湖南夏秋冬季降水与同期OLR距平的相关系数（图10）分布可知，赤道中东太平洋地区为负相关中心，澳大利亚北部到中南半岛地区为正相关中心，均通过α=0.05的显著性检验。因此，2022年8月至2023年2月OLR异常分布不利于湖南夏秋冬降水产生，且湖南地区为OLR正异常，对流运动不活跃，进一步阻止了降水产生。

图10

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图10 1981—2021/2022年湖南夏秋冬季总降水量和同期OLR的相关系数（等值线，仅显示通过α=0.10显著性检验的等值线）分布及2022年8月至2023年2月OLR距平（填色，单位：W·m^-2）

Fig.10 The distribution of correlation coefficient between the total precipitation in summer， autumn and winter in Hunan and the OLR at the same period from 1981 to 2021/2022 （contours， only displaying contour lines that pass significance test at α=0.10） and anomaly of the OLR from August 2022 to February 2023 （color shaded， Unit： W·m^-2）

图11为2022年6月至2023年2月上旬风场距平的垂直分布。从赤道地区沃克环流看，风场距平的垂直分布随季节变化不大，而24.5°N—30.5°N区域风场距平的垂直分布随季节变化较大。2022年6—7月，赤道地区90°E—120°E区域对流层低层有微弱的异常下沉运动，800~300 hPa有较强上升运动，再往上又转为下沉运动；120°E—135°E西太平洋区域有异常上升运动，从低层延伸到对流层高层，上升运动中心在700~500 hPa；150°E—150°W东太平洋区域有异常下沉运动，可见大气对拉尼娜事件有明显响应，沃克环流增强[图11（a）]。24.5°N—30.5°N区域，太平洋地区受异常下沉运动控制，太平洋以西110°E—150°E区域为上升运动异常区，湖南（108°E—114°E）处于上升运动异常区，有利于降水产生[图11（b）]。2022年8月至2023年2月上旬，赤道地区90°E—120°E区域对流层低层异常下沉运动增强，西太平洋异常上升运动区域略微东移，150°E—150°W东太平洋区域维持深厚的异常下沉运动[图11（c）、（e）]。2022年8—11月上旬，24.5°N—30.5°N区域太平洋地区转为异常上升运动，100°E—120°E区域转变为下沉运动异常，湖南（108°E—114°E）处于下沉运动异常区，不利于降水产生[图11（d）]；12月至2023年2月上旬，太平洋地区维持异常上升运动，75°E—100°E区域对流层中低层维持上升运动异常，高层下沉运动异常增强，湖南位于海洋上升运动和大陆下沉运动之间的东风异常区域，抑制了孟加拉湾水汽向湖南地区的输送，不利于降水产生[图11（f）]。

图11

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图11 2022年6—7月（a、b）、8—11月（c、d）和12月至2023年2月上旬（e、f）赤道区域（a、c、e）和24.5°N—30.5°N区域（b、d、f）的ω（填色，单位：Pa·s^-1）与ω及u风场距平合成（矢量，单位：m·s^-1）的经度-高度剖面

Fig.11 The longitude-height profiles of ω （Unit： Pa·s^-1） and the wind field anomaly composition of u and ω （arrow vectors， Unit： m·s^-1） over the equatorial region （a， c， e） and the area between 24.5°N and 30.5°N （b， d， f） from June to July 2022 （a， b）， from August to November 2022 （c， d） and from December 2022 to the first ten-day period of February 2023 （e， f）

图12为前期海温异常引起的大气环流异常及大气环流异常本身对这次干旱事件的影响过程。2022年春季（3—5月），IOD为负位相，影响南海地区出现东风异常，西太副高偏强（李崇银和穆明权，2001）。北太平洋海温异常偏暖，尤其黑潮及延伸区海温的异常偏高，有利于西太副高的加强和向北扩展（谢傲和罗伯良，2020）。此外，拉尼娜事件发生时，热带中太平洋海表温度偏低会导致该区域对流活动被抑制，激发一个向西传播的Rossby波列，进而使西太副高增强，同时沃克环流增强，沿赤道非对称的对流加热使得东风增强。南海地区东风异常与副热带高压南缘的东风协同作用，抑制了孟加拉湾水汽向湖南地区的输送。进入夏秋季后（8—11月上旬），从500 hPa位势高度场也可以看出，西太副高比历年同期强度偏强、面积偏大，湖南受西太副高控制盛行下沉气流；贝加尔湖以北地区为低压槽控制，有气旋性异常环流，湖南受偏北风控制，不利于降水产生，导致湖南干旱发展。

图12

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图12 海温和大气环流异常对湖南2022/2023年夏秋冬季持续干旱的影响过程示意图

（底层填色为2022年春季3—5月海温异常，上层等值线为2022年8—11月500 hPa位势高度场）

Fig.12 The schematic diagram of the impact of SST and atmospheric circulation anomaly on persistent drought event in summer antumn and winter in 2022/2023 in Hunan

（The color shaded on the bottom map shows the SSTA from March to May in 2022， and the upper contours are 500 hPa potential height field from August to November 2022）

5 结论与讨论

本文基于地面观测站日降水数据和再分析资料，分析2022/2023年夏秋冬季湖南地区发生的极端持续干旱事件特征和成因，具体结论如下：

（1）2022/2023年夏秋冬季，湖南发生极为严重且持续的气象干旱，全省平均累积降水量619.9 mm，为1961年以来历史同期最低位。2022年夏季还伴随着罕见的长江全流域性极端高温热浪，湖南平均气温和高温日数均为1961年以来历史同期最高值。湖南大范围高温过程6月23日开始，7月25日开始出现40 ℃以上高温天气，至8月18日40 ℃以上高温站数占湖南总站数的33.0%。

（2）2022/2023年夏秋冬季环流有明显的阶段性特征：2022年6—7月，欧亚中高纬地区为“两脊一槽”形势，西太副高相比历年同期强度偏强、位置偏西，湖南地区处于西太副高西北侧，受异常上升运动影响，有利于降水产生，干旱未发展；8—11月，欧亚中高纬地区转变为“一脊一槽”形势，西太副高相比历年同期仍然强度偏强、位置偏西，东亚大槽偏弱，湖南地区受西太副高控制，由异常上升气流转为异常下沉气流，晴热少雨，导致夏秋干旱发展；12月至2023年2月上旬，欧亚中高纬地区“一脊一槽”形势持续发展，东亚大槽增强，位置在湖南以东，难以引导冷空气南下影响湖南，西太副高相比历年同期偏弱，印缅槽偏弱，不利于槽前西南气流发展，湖南地区水汽输送仍然受阻，导致冬季干旱持续。

（3）2022年春季3—5月赤道西太平洋SSTA为正值，赤道中、东太平洋SSTA为负值，发生拉尼娜事件；印度洋海温处于IOD负位相模态，北太平洋海温持续偏暖。海温异常引起西太副高和沃克环流增强，沿赤道非对称的对流加热使得东风增强，抑制了孟加拉湾水汽向湖南地区的输送，是导致湖南干旱的先兆因子。

按本文定义的夏秋冬连旱标准，1961—2023年湖南共发生夏秋冬连旱12次，其中有10次发生在前期出现拉尼娜事件或弱冷水背景下，2次发生在厄尔尼诺或弱暖水背景下。可见，在拉尼娜事件或弱冷水背景下，湖南夏秋冬连旱发生的可能性很大，前期拉尼娜事件的出现对于湖南夏秋冬极端干旱事件的预测具有一定的指示意义，但并非一一对应关系。本次湖南夏秋冬极端干旱事件还叠加了极端高温事件，在气候变暖背景下，未来高温热浪和干旱可能发生更为频繁，二者叠加的极端天气气候风险也会大大增加（王莺等，2022）。因此，未来有必要加强对导致极端干旱事件的不同因子协同作用的研究，为干旱的准确预测预警提供理论和技术支撑。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

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白超海,

2010.

湖南省干旱成因分析及对策研究

[J]. 中国防汛抗旱, 20(6): 20-22.